WO2017158276A1 - Procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a process for producing synthesis gas enriched in hydrogen by a reaction of displacement of the gas with catalytic water carried out on a raw synthesis gas.
  • Synthesis gas is a mixture of combustible gases including carbon monoxide and hydrogen, and optionally other gases, such as carbon dioxide, nitrogen, and water.
  • hydrocarbons eg, methane
  • noble gases eg, argon
  • nitrogen derivatives eg, ammonia, hydrocyanic acid
  • Synthetic gas can be produced from many sources, including natural gas, coal, biomass, or virtually any hydrocarbon raw material, by reaction with water vapor or oxygen.
  • Synthesis gas is a versatile intermediate resource for the production of hydrogen, ammonia, methanol, and synthetic hydrocarbon fuels.
  • Gasification or partial oxidation (POx) which can also be catalytic (CPOx) is mainly used for the conversion of heavy raw materials such as naphtha, liquefied petroleum gas, heavy fuel oil, coke, coal, biomass.
  • the resulting synthesis gas may be particularly rich in sulfur-containing components, mainly hydrogen sulfide.
  • Water vapor can be added to the synthesis gas to produce a higher amount of hydrogen according to the well-known water gas shift reaction (“WGSR") that can be conducted to partially or totally eliminate carbon monoxide by converting it to carbon dioxide:
  • WGSR water gas shift reaction
  • (g) indicates a gaseous form.
  • the gas displacement reaction to water is a reversible, exothermic chemical reaction commonly used in industry.
  • This reaction can be catalyzed to be conducted in a reasonable temperature range, typically less than 500 ° C.
  • the type of catalyst generally used depends on the sulfur content of the synthesis gas to be treated. Therefore, water gas shift catalysts are generally classified into two categories, as described by David S. Newsome in Catal. Rev.-Sci. Eng., 21 (2), p. 275-318 (1980):
  • iron-based or copper-based displacement catalysts also known as “sweet” catalysts, are used with a sulfur-free synthesis gas (after an SMR, for example) because of their deactivation by sulfur ;
  • displacement catalysts based on cobalt and molybdenum also known as “sulfur-resistant displacement catalysts” or “hard displacement catalysts (sour)", which are used with a sulfur-containing synthesis gas (obtained after gasification of gas). coal, for example).
  • sulfur-resistant displacement catalysts or “hard displacement catalysts (sour)"
  • a sulfur-containing synthesis gas obtained after gasification of gas. coal, for example.
  • These catalysts are frequently doped with an alkali metal such as sodium, potassium or cesium.
  • mild displacement catalysts and sulfur-resistant displacement catalysts are active in sulphide form and, therefore, must be pre-sulphurized before use.
  • Sulfur-resistant displacement catalysts are therefore generally completely sulphurized in their most active form. Therefore, these catalysts are not only sulfur tolerant, but their activity can actually be increased by the sulfur present in the raw material to be treated.
  • Sulfur-resistant displacement catalysts have been widely developed in recent years. Indeed, the amount of fossil fuels, mainly natural gas and oil, is steadily decreasing and many researchers have devoted their studies to the development of processes using less noble carbon sources, such as coal or biomass, which are usually particularly rich in sulfur.
  • the synthesis gas obtained from these carbon sources generally contains hydrogen sulphide (H 2 S) and carbonyl sulphide (COS) which can activate and maintain the activity of the sulfur-resistant displacement catalysts during the reaction. of movement of the gas to the water consecutively conducted.
  • H 2 S hydrogen sulphide
  • COS carbonyl sulphide
  • synthesis gases do not contain a sufficient amount of sulfur-containing compounds because of low sulfur contents in the initial carbonaceous feedstock.
  • the (endogenous) sulfur content of the synthesis gases depends mainly on the type of coal and on the origin of the coal as indicated in Table 1.
  • Bituminous 27 900 (average consumed at 2-4
  • Hydrogen sulphide is the main source of sulfur in a synthesis gas obtained after gasification.
  • the addition of additional hydrogen sulfide is generally performed to effectively activate the sulfur-resistant displacement catalyst.
  • the addition of H 2 S to a mixture of CO and H 2 O considerably increases the formation of H 2 and CO 2 , as described by Stenberg et al. in Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 21 (1982) No. 8, p. 619-620.
  • hydrogen sulfide has the disadvantage of being a highly toxic and flammable gaseous compound that manufacturers strive to avoid.
  • Another object of the present invention is the implementation of a process on an industrial scale for the reaction of displacement of the gas with water from a synthesis gas containing sulfur.
  • a first subject of the invention is a process for producing synthesis gas enriched in hydrogen by a reaction of displacement of the gas with catalytic water carried out on a raw synthesis gas, comprising the following steps:
  • R is chosen from a linear or branched alkyl radical containing from 1 to 4 carbon atoms, and a linear or branched alkenyl radical containing from 2 to 4 carbon atoms
  • n is equal to 0, 1 or 2
  • x is a integer chosen from 0, 1, 2, 3 or 4
  • a first reactor 2 comprising a catalyst Xi, said catalyst Xi comprising at least one metal chosen from groups VI B and VII of the periodic table,
  • the compound of formula (I) is chosen from dimethyl disulfide and dimethylsulfoxide, preferably dimethyl disulfide.
  • the catalytic water gas displacement reaction is conducted with an inlet gas temperature of at least 230 ° C, preferably 240 to 320 ° C, more preferably 250 to 310 ° C. ° C.
  • the first reactor 2 is used at a temperature in the range of 100 to 600 ° C, preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 to 350 ° C. According to one embodiment, the first reactor 2 is used at a pressure in the range of 0 to 60 bar, preferably 10 to 40 bar. Preferably, the compound of formula (I) is injected continuously into the first reactor 2 at a flow rate of 1 Nl / h at 10 Nm 3 / h.
  • a stream of hydrogen is introduced into the first reactor 2, said hydrogen stream coming from an exogenous source or being collected from the outlet stream 7 of the second reactor 6.
  • the catalyst Xi comprises molybdenum, tungsten, nickel and cobalt, said catalyst being preferably immobilized on a support of porous material such as alumina, silica or silica-alumina.
  • the catalyst X 2 is a catalyst based on cobalt and molybdenum.
  • the catalyst X 2 comprises an alkali metal, preferably sodium, potassium or cesium.
  • the reaction of displacement of the gas with catalytic water is conducted at a pressure of at least 10 bar, preferably in the range of 10 to 25 bar.
  • the synthesis synthesis gas 4 comprises water and carbon monoxide in a molar ratio of water to carbon monoxide of at least 1, preferably at least 1.2, more preferably at least 1.4.
  • the residence time in the second reactor 6 is in the range of 20 to 60 seconds.
  • Another subject of the invention is the use of at least one compound of formula (I):
  • R is chosen from a linear or branched alkyl radical containing from 1 to 4 carbon atoms, and a linear or branched alkenyl radical containing from 2 to 4 carbon atoms
  • n is equal to 0, 1 or 2
  • x is a integer chosen from 0, 1, 2, 3 or 4
  • the compounds of formula (I) are generally presented in liquid form, which greatly facilitates their handling and the measures to be taken for the safety of operators.
  • Another advantage is that the process of the invention allows the conversion of CO to C0 2 .
  • the method of the invention is adapted with regard to the requirements relating to environmental safety.
  • FIG. 1 represents an embodiment of an installation for the method according to the invention.
  • the invention relates to a process for producing synthesis gas enriched in hydrogen by a reaction of displacement of the gas with catalytic water carried out on a raw synthesis gas, comprising the following steps:
  • a first reactor 2 comprising a catalyst Xi, said catalyst Xi comprising at least one metal chosen from groups VI B and VII of the periodic table, collecting a gas stream containing sulfur 3 from the first reactor 2, introducing the crude synthesis gas 4 into a second reactor 6,
  • an "alkyl” radical denotes a saturated hydrocarbon chain comprising carbon atoms and hydrogen atoms, preferably consisting solely of carbon atoms and hydrogen atoms.
  • an "alkenyl” radical denotes an unsaturated hydrocarbon chain comprising at least one carbon-carbon double bond and comprising carbon atoms and hydrogen atoms, preferably consisting solely of carbon atoms and of hydrogen atoms.
  • the first reactor 2 is a catalytic reactor, preferably a fixed bed catalytic reactor.
  • the gas stream 1 may be heated before entering the first reactor 2 at a temperature in the range of 100 to 600 ° C, preferably in the range of 100 to 400 ° C.
  • the first reactor 2 comprises a catalyst Xi comprising at least one metal chosen from groups VI B and VII of the periodic table, preferably molybdenum, tungsten, nickel and cobalt.
  • a catalyst Xi comprising at least one metal chosen from groups VI B and VII of the periodic table, preferably molybdenum, tungsten, nickel and cobalt.
  • a combination of at least two of these transition metals is preferably used, such as cobalt and molybdenum, or nickel and molybdenum, or nickel and tungsten, more preferably cobalt and molybdenum.
  • the catalyst Xi may be immobilized on a support of porous material such as alumina, silica or silica-alumina.
  • catalyst X1 As an example of catalyst X1 according to the invention, there may be mentioned a catalyst containing cobalt and molybdenum on an alumina support.
  • the first reactor 2 comprising the catalyst Xi may be filled with an inert material to allow efficient distribution of the gas stream in the first reactor 2.
  • Suitable inert materials may be silicon carbide .
  • the catalyst Xi and the inert material are placed in successive layers in the first reactor 2.
  • the gaseous flow 1 introduced into the first reactor 2 comprises at least one compound of formula (I):
  • R is chosen from a linear or branched alkyl radical containing from 1 to 4 carbon atoms, and a linear or branched alkenyl radical containing from 2 to 4 carbon atoms,
  • n 0, 1 or 2
  • x is an integer selected from 0, 1, 2, 3 or 4,
  • the compound of formula (I) that can be used in the process of the present invention is an organic sulfide, optionally in its oxide form (when n is not zero), obtained by any method known as such, or otherwise commercially available, optionally containing a reduced or no amount of impurities which may be responsible for undesirable odors, or optionally containing one or more odor masking agents (see, for example , WO2011012815A1).
  • radicals R and R that are preferred, mention may be made of the methyl, propyl, allyl and 1-propenyl radicals.
  • x represents 1, 2, 3 or 4, preferably x represents 1 or 2, more preferably x represents 1.
  • the compound of formula (I) for use in the process of the present invention is a compound of formula (Ia):
  • the compound of formula (Ia) is dimethyl disulfide (“DMDS").
  • the compound of formula (I) for use in the process of the present invention is a compound of formula (Ib):
  • the compound of formula (Ib) is dimethylsulfoxide (“DMSO").
  • mixtures of two compounds of formula (I) or more can be used in the process of the present invention.
  • mixtures of di- and / or polysulfides can be used, for example disulfide mixtures, such as disulfide oils ("DSO").
  • DSO disulfide oils
  • the gas stream 1 is injected continuously into the first reactor 2.
  • concentration of compound (s) of formula (I), preferably dimethyl disulfide, in the gas stream 1 can in the range of 100 to 500,000 ppmv, preferably 100 to 200,000 ppmv, more preferably 100 to 100,000 ppmv.
  • the flow rate of compound (s) of formula (I), preferably dimethyl disulfide, may be in the range of 1 Nl / h to 10 Nm 3 / h.
  • the gas stream 1 further comprises hydrogen.
  • the hydrogen can come from an exogenous source or can be collected from the outlet stream 7 of the second reactor 6.
  • An "exogenous source” designates a source external to the process.
  • the concentration of hydrogen in the gas stream 1 may be in the range of 100 to 6 ppmv, preferably 10,000 to 999,900 ppmv, more preferably 200,000 to 999,900 ppmv.
  • the flow rate of hydrogen in the gas stream 1 may be in the range of 0.1 Nm 3 / h to 10 000 Nm 3 / h.
  • the hydrogen is recovered, for example by purification, from the outlet stream 7 before being introduced into the gas stream 1.
  • the first reactor 2 may be used at a temperature in the range of 100 to 600 ° C, preferably 150 to 400 ° C, more preferably 200 to 350 ° C.
  • the first reactor 2 can be used at a pressure in the range of 0 to 60 bar (6 MPa), preferably 10 to 40 bar (4 MPa).
  • a gas stream containing sulfur 3 is collected at the outlet of the first reactor 2 and introduced into the second reactor 6 where the reaction of displacement of the gas with water occurs.
  • the sulfur-containing gas stream 3 is introduced into the second reactor 6 directly and / or in a mixture with the raw synthesis gas 4.
  • a valve 5 may be present in the line containing the gas stream containing sulfur 3 in order to direct the flow in lines 3.1 or 3.2 (see, for example, Figure 1). With reference to FIG. 1, if the valve 5 is programmed to direct the flow in the line 3.1, the gas stream containing sulfur 3 is introduced directly into the second reactor 6 (independently of the introduction of the raw synthesis gas 4) .
  • valve 5 is programmed to direct the flow in the line 3.2, the gas stream containing sulfur 3 is mixed with the raw synthesis gas 4 before entering the second reactor 6; in this embodiment, a gas stream mixture containing sulfur 3 and crude synthesis gas 4 is introduced into the second reactor 6. It is also possible to describe a method in which the valve 5 directs the stream 3 simultaneously in the lines 3.1 and 3.2.
  • the crude synthesis gas 4 is typically obtained after a step of gasification of a raw material such as coke, coal, biomass, naphtha, liquefied petroleum gas, heavy fuel oil.
  • a raw material such as coke, coal, biomass, naphtha, liquefied petroleum gas, heavy fuel oil.
  • the production of synthesis gas is known in the state of the art.
  • the synthesis synthesis gas 4 can also be obtained from a methane steam reformer.
  • the synthesis synthesis gas 4 comprises carbon monoxide, and optionally other gases, such as hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and water, hydrocarbons (e.g. methane), rare gases (eg argon), nitrogen derivatives (eg ammonia, hydrocyanic acid), etc.
  • gases such as hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and water, hydrocarbons (e.g. methane), rare gases (eg argon), nitrogen derivatives (eg ammonia, hydrocyanic acid), etc.
  • the synthesis synthesis gas 4 comprises carbon monoxide and hydrogen, and optionally other gases, such as carbon dioxide, nitrogen and water.
  • gases such as carbon dioxide, nitrogen and water.
  • hydrocarbons eg, methane
  • noble gases eg, argon
  • nitrogen derivatives eg, ammonia, hydrocyanic acid
  • the raw synthesis gas comprises carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and water.
  • the synthesis synthesis gas 4 may further comprise sulfur-containing components.
  • the synthesis synthesis gas 4 may comprise carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, nitrogen and water as main components and sulfur-containing components in concentrations weaker.
  • the sulfur-containing components may be hydrogen sulphide, carbonyl sulphide.
  • the typical (endogenous) sulfur content in the synthesis synthesis gas 4 is in the range of about 20 to about 50,000 ppmv.
  • the typical (endogenous) sulfur content in the synthesis synthesis gas 4 may depend on the raw material initially used for the production of the synthesis synthesis gas 4.
  • the gas displacement reaction with water is conducted in the second reactor 6 comprising a catalyst X 2 .
  • the reaction of displacement of the gas with the water consists in the conversion of carbon monoxide and water contained in the raw synthesis gas 4 in carbon dioxide and in hydrogen according to the equation (1):
  • a "hydrogen enriched synthesis gas" means that the synthesis gas at the outlet of the process of the invention comprises more hydrogen than the synthesis gas at the inlet of the process of the invention.
  • the proportion of hydrogen in the gas at the exit of the process (stream 7) is greater than the proportion of hydrogen in the gas at the exit of the process (stream 4).
  • water can be added to the crude synthesis gas 4.
  • additional (exogenous) water makes it possible to shift the equilibrium towards the formation of carbon dioxide and hydrogen.
  • Additional (exogenous) water may be introduced directly into the second reactor 6 or into a mixture with the raw synthesis gas 4.
  • the efficiency of the reaction of displacement of the gas with water and thus of the hydrogen enrichment of the synthesis gas can be measured directly by hydrogen purity analysis, for example with a gas chromatography system. It can also be measured indirectly by determining the CO to CO 2 conversion, which indicates that the gas-to-water displacement reaction has occurred.
  • the conversion of CO to CO2 is known by measuring CO conversion and CO2 yield.
  • the molar ratio of water to carbon monoxide in the gas entering the reaction of movement of the gas with water is at least 1, preferably at least 1.2 more preferably at least 1.4, preferably at least 1.5.
  • the molar ratio of water to carbon monoxide may be in the range of 1 to 3, preferably 1.2 to 2.5, more preferably 1.5 to 2.
  • the first reactor 6 is a catalytic reactor, preferably a fixed bed catalytic reactor.
  • Catalyst X2 adapted for use in the gas displacement reaction with water is a sulfur resistant displacement catalyst.
  • a "sulfur-resistant displacement catalyst” refers to a compound capable of catalyzing the reaction of gas displacement with water in the presence of sulfur-containing components.
  • Catalysts suitable for use in the gas displacement reaction to water may comprise at least one transition metal other than iron and copper, preferably selected from the group consisting of molybdenum, cobalt and nickel.
  • a combination of at least two of these transition metals is preferably used, such as cobalt and molybdenum, or nickel and molybdenum, more preferably cobalt and molybdenum.
  • the catalysts according to the invention may or may not be immobilized on a support, preferably immobilized on a support. Suitable catalyst supports may be alumina.
  • the catalyst X 2 further comprises an alkali metal selected from the group consisting of sodium, potassium and cesium, preferably potassium and cesium, or salts thereof.
  • an alkali metal selected from the group consisting of sodium, potassium and cesium, preferably potassium and cesium, or salts thereof.
  • An example of a particularly active catalyst is the combination of cesium carbonate, cesium acetate, potassium carbonate or potassium acetate together with cobalt and molybdenum.
  • sulfur-resistant displacement catalysts such as those described by Park et al. in "A Study on the Sulfur-Resistant Catalyst for Water Gas Shift Reaction - IV. Modification of CoMo / y-A1203 Catalyst with Iran Metals Group, Bull. Korean Chem. Soc. (2000), vol. 21, No. 12, 1239-1244.
  • the gas entering the gas displacement reaction with water is preheated to a temperature of at least 230 ° C. In a preferred embodiment, this temperature is in the range of 240 to 320 ° C, preferably 250 to 310 ° C. In one embodiment of the invention, the temperature of the inlet gas in the second reactor 6 is at least 230 ° C and preferably at most 400 ° C. Preferably, this temperature is in the range of 240 ° C to 320 ° C, preferably 250 ° C to 310 ° C.
  • the pressure for the gas displacement reaction to water is at least 10 bar (1 MPa), preferably in the range of 10 to 30 bar (1 MPa to 3 bar). MPa), more preferably 15 to 25 bar (1.5 MPa to 2.5 MPa).
  • the residence time in the second reactor 6 is in the range of 20 to 60 seconds, preferably 30 to 50 seconds, so as to allow the determination of the amount of catalyst X 2 in the reactor 6.
  • the residence time is defined by the following formula:
  • the CO conversion ratio of the gas-to-water displacement reaction is at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 65%.
  • the CO conversion rate is calculated as follows:
  • Q.COentrée represents the molar flow rate of CO at the inlet of the reactor 6 expressed in mol / h
  • Q.COsortie represents the molar flow rate of CO at the outlet of the reactor 6 expressed in mol / h.
  • the CO 2 yield of the gas-to-water displacement reaction is at least 50%, preferably at least 60%, more preferably at least 65%.
  • the CO2 yield is calculated as follows:
  • Q.COentrée represents the molar flow rate of CO at the inlet of the reactor 6 expressed in mol / h
  • Q.CO2 output represents the molar flow rate of CO2 at the outlet of the reactor 6 expressed in mol / h.
  • the second reactor 6 comprising the catalyst X2 can be filled with an inert material to allow efficient gas distribution in the second reactor before starting the reactor for the displacement reaction step from gas to water.
  • Suitable inert materials may be silicon carbide or alumina.
  • the catalyst X2 and the inert material are placed in successive layers in the reactor.
  • the residence time in the first reactor 2 is in the range of 50 to 1000 seconds, preferably 100 to 500 seconds, so as to allow the determination of the amount of catalyst Xi in the reactor 2.
  • the residence time is defined by the following formula:
  • a starting phase of the first reactor 2 is conducted before the implementation of the method of the invention.
  • a gaseous stream comprising at least one compound of formula (I) and hydrogen is injected into the first reactor 2.
  • the flow rate of the compound (s) of formula (I) in the gaseous stream 1 may be in the range from 1 Nl / h to 10 Nm 3 / h.
  • the hydrogen flow rate may be in the range of 0.1 to 10,000 Nm 3 / hr.
  • the temperature is raised from room temperature to 400 ° C, preferably from 20 ° C to 350 ° C.
  • the duration of the start-up phase can be in the range of 1 to 64 hours, preferably 30 to 40 hours.
  • the gas stream containing sulfur 3 at the outlet of the first reactor 2 can be directed towards a torch and / or to the second reactor 6 by means of pipes and pipes which can send the gas stream containing sulfur 3 to the torch and / or to the second reactor 6.
  • a step of preparing the catalyst X 2 in the second reactor 6 is carried out before carrying out the process of the invention.
  • the step of preparing the catalyst X 2 may comprise a drying step and / or a pre-activation step, preferably a drying step and a pre-activation step.
  • the catalyst X 2 can be dried under a stream of inert gas, preferably a stream of nitrogen gas.
  • the flow rate of inert gas can be in the range of 0.1 to 10,000 Nm 3 / hr.
  • the temperature can increase from 20 ° C to 200 ° C.
  • the drying time can be in the range of 1 to 10 hours, preferably 6 hours.
  • the drying step is preferably conducted from ambient pressure to the preferred operating pressure of from 15 to 25 bar.
  • the catalyst X 2 can be sulfided.
  • the reactor 6 can be treated under a stream of hydrogen at a flow rate of 0.1 to 10,000 Nm 3 / h and at a pressure of at least 10 bar, the preferred operating pressure being between 15 and 25 bar.
  • hydrogen sulphide or the sulfur-containing gas stream 3 at the outlet of the first reactor 2 can be injected in ascending flow at a flow rate of 1 Nl / h to 10 Nm 3 / h in the hydrogen stream.
  • the temperature of the reactor 6 can then be increased from 150 ° C. to 350 ° C. by any means known to those skilled in the art.
  • the duration of the pre-activation step can be in the range of 1 to 64 hours.
  • the hydrogen stream is preferably maintained throughout the duration of the pre-activation step.
  • Another subject of the invention relates to the use of at least one compound of formula (I), preferably dimethyl disulfide, in a process for the production of enriched synthesis gas in hydrogen by a reaction of displacement of the gas with catalytic water conducted on a raw synthesis gas.
  • formula (I) preferably dimethyl disulfide
  • a displacement reaction of the gas with water is conducted in a catalytic reactor 6 'of a pilot plant according to the following procedure.
  • a catalytic reactor 6 'of 150 cm 3 is filled at ambient pressure and at room temperature with three layers of solids separated by metal grids, as follows:
  • the catalytic reactor 6 ' is then placed in an oven that can withstand a wide temperature range of 100 to 350 ° C.
  • the catalytic reactor 6 ' is connected to the inlet manifold to a gas supply and the outlet manifold to an analyzer.
  • the sulfur-resistant displacement catalyst based on CoMo is initially dried by a nitrogen flow rate of 20 Nl / h at ambient pressure.
  • the drying temperature is set at 150 ° C with a temperature rise of +25 ° C / h.
  • the drying time is set to 1 hour.
  • a second step is to sulfide the CoMo-based sulfur-resistant displacement catalyst to make it pre-active.
  • the reactor is treated under a hydrogen flow rate of 20 Nl / h at a pressure of 35 bar.
  • hydrogen sulphide is injected in ascending flow at a rate of 0.5 Nl / h in the hydrogen feed.
  • the catalyst is then subjected to a temperature rise of +20 ° C./h.
  • the first plate is set at 150 ° C for 2 hours, then the temperature is increased to 230 ° C with a temperature rise of +25 ° C / h.
  • a second 4-hour plate is maintained at 230 ° C. and then the temperature is again raised to 350 ° C.
  • the study of the conversion of carbon monoxide to carbon dioxide in the pre-activated CoMo-based sulfur-resistant displacement catalyst is then carried out at 20 bar (2 MPa).
  • the catalytic reactor 6 ' is treated in ascending flow with a synthesis gas mixture comprising hydrogen at a flow rate of 8.5 Nl / h, carbon monoxide at 17 Nl / h, water at 0, 33 cm 3 / min and nitrogen at 26 Nl / h at a pressure of 20 bar (2 MPa).
  • the H2O / CO molar ratio is 1.44 and the residence time is 38 seconds.
  • Hydrogen sulfide is injected as an upflow into the gas mixture at a rate of 0.5 Nl / hr.
  • the inlet temperature of the gas entering the catalytic reactor 6 ' is maintained at 310 ° C.
  • the CO and CO2 concentrations of the gas stream are measured by an infrared spectrometer analyzer connected to the outlet of the catalytic reactor A to determine the CO conversion and the CO2 yield.
  • a CO conversion rate of 92% and a 95% CO2 yield are obtained, such a rate reflecting the good performance of the reaction of displacement of the gas with water.
  • a displacement reaction of the gas with water is conducted in a catalytic reactor 6 connected upstream to a catalytic reactor 2 according to the following procedure.
  • Catalytic reactor 6 Referring to FIG. 1, a 150 cm 3 catalytic reactor 6 is filled at ambient pressure and at room temperature with three layers of solids separated by metal grids, as follows:
  • the catalytic reactor 6 is then placed in an oven that can withstand a wide temperature range of 100 to 350 ° C.
  • the catalytic reactor 6 is connected to the inlet manifold to a gas supply and to the outlet manifold to an analyzer.
  • the sulfur-resistant displacement catalyst based on CoMo is initially dried by a nitrogen flow rate of 20 Nl / h at ambient pressure.
  • the drying temperature is set at 150 ° C with a temperature rise of +25 ° C / h.
  • the drying time is set to 1 hour.
  • a second step is to sulphize the CoMo-based sulfur-resistant displacement catalyst to pre-activate it.
  • the reactor is treated under a hydrogen flow rate of 20 Nl / h at a pressure of 35 bar.
  • hydrogen sulphide is injected in ascending flow at a rate of 0.5 Nl / h in the hydrogen feed.
  • the catalyst is then subjected to a temperature rise of 20 ° C / h.
  • the first plate is set at 150 ° C for 2 hours, then the temperature is increased to 230 ° C with a temperature rise of +25 ° C / h.
  • a second 4-hour plate is maintained at 230 ° C. and then the temperature is again raised to 350 ° C.
  • a catalytic reactor 2 of volume equal to 150 cm 3 is filled at ambient pressure and at ambient temperature with three layers of solids separated by metal grids, as follows:
  • the starting phase of the catalytic reactor 2 consists in placing this filled reactor as previously described in an oven and then treating it with a hydrogen flow rate of 20 Nl / h at a pressure of 25 bar (2.5 MPa). .
  • Dimethyl disulphide (DMDS) is injected into the upward flow in the liquid state at 1 cm 3 / h in the hydrogen stream 1.
  • the CoMo catalyst supported on Al 2 O 3 is subjected to a temperature rise of +20 ° C / h.
  • the first tray is set at 150 ° C for 2 hours, then the temperature is increased to 230 ° C with a temperature rise of +25 ° C / h.
  • a second 4-hour plate is maintained at 230 ° C. and then the temperature is again raised to 350 ° C. with a temperature rise of +25 ° C./h.
  • a final plateau of 16 hours is conducted at 350 ° C.
  • the temperature is then lowered to 310 ° C. while still maintaining a flow rate of 1 cm 3 / h of DMDS and the pressure at 25 bar (2.5 MPa).
  • the hydrogen flow rate is decreased to 8.5 Nl / h.
  • the starting phase of the reactor 2 is then complete.
  • the gas mixture containing sulfur 3 from the catalytic reactor 2 is directed towards a torch and / or to the second reactor 6 by means of pipes and pipes which can send the gas mixture to the torch and / or to the reactor 6.
  • the study of the conversion of carbon monoxide to carbon dioxide in the pre-activated sulfur-resistant displacement catalyst is then carried out at 20 bar (2 MPa).
  • the catalytic reactor 6 is treated in ascending flow with a gaseous mixture 4 comprising carbon monoxide at 17 Nl / h, water at 0.33 cm 3 / min and nitrogen at 26 Nl / h at a pressure 20 bar.
  • the gas mixture containing sulfur 3 leaving the reactor 2 is then injected into the gaseous mixture 4, the resulting gas mixture being introduced into the catalytic reactor 6.
  • the inlet temperature of the The gas entering the catalytic reactor 6 ' is maintained at 310 ° C.
  • the molar ratio H2O / CO is 1, 4 and the residence time is 38 seconds.
  • the CO and CO2 concentrations of the gas stream are measured by an infrared spectrometry analyzer connected to the output line 7 of the catalytic reactor 6 in order to determine the CO conversion and the CO 2 yield.
  • a CO conversion rate of 92% and a 95% CO2 yield are obtained, reflecting the good performance of the gas-to-water displacement reaction, equivalent to those obtained with H2S as an activating agent in Example 1. Therefore, DMDS is as effective as H2S in a process for the reaction of displacement of the gas with catalytic water.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique, comprenant les étapes de: -introduction d'un flux gazeux (1) comprenant au moins un sulfure organique, facultativement sous sa forme d'oxyde, dans un premier réacteur (2) comprenant un catalyseur X1, -collecte d'un flux gazeux contenant du soufre (3) à partir du premier réacteur, -introduction du gaz de synthèse brut (4) dans un deuxième réacteur (6), -introduction duflux gazeux contenant du soufre (3) dans le deuxième réacteur où la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique se produit et comprenant un catalyseur de déplacement résistant au soufre X2, -collecte d'un flux de sortie (7) comprenant un gaz de synthèse enrichi en hydrogène à partir du deuxième réacteur. L'invention concerne en outre l'utilisation dudit au moins un sulfure organique, facultativement sous sa forme d'oxyde, dans un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique.

Description

PROCÉDÉ DE PRODUCTION DE GAZ DE SYNTHÈSE ENRICHI EN HYDROGÈNE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Un gaz de synthèse, ou syngas en anglais, est un mélange de gaz combustible comprenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, et facultativement d'autres gaz, tels que le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau, des hydrocarbures (par exemple, le méthane), des gaz rares (par exemple, l'argon), des dérivés d'azote (par exemple, l'ammoniac, l'acide hydrocyanique), etc. Un gaz de synthèse peut être produit à partir de nombreuses sources, comprenant le gaz naturel, le charbon, une biomasse, ou pratiquement toute matière première hydrocarbure, par réaction avec de la vapeur d'eau ou de l'oxygène. Un gaz de synthèse est une ressource intermédiaire polyvalente pour la production d'hydrogène, d'ammoniac, de méthanol, et de combustibles hydrocarbures synthétiques.
Différents procédés sont couramment utilisés dans l'industrie pour la production de gaz de synthèse, principalement :
le vaporeformage du méthane (SMR) ou le vaporeformage pour la conversion de méthane principalement. Le gaz de synthèse résultant ne contient pas de composés soufrés ;
La gazéification ou oxydation partielle (POx) qui peut également être catalytique (CPOx) est principalement utilisée pour la conversion de matières premières lourdes telles que le naphte, le gaz de pétrole liquéfié, le mazout lourd, le coke, le charbon, une biomasse... Le gaz de synthèse résultant peut être particulièrement riche en composants contenant du soufre, principalement le sulfure d'hydrogène.
De la vapeur d'eau peut être ajoutée au gaz de synthèse afin de produire une quantité d'hydrogène plus élevée selon la réaction bien connue de déplacement du gaz à l'eau (« WGSR ») qui peut être conduite pour éliminer partiellement ou totalement le monoxyde de carbone par conversion de celui-ci en dioxyde de carbone :
H20(g) + CO(g)→ C02(g) + H2(g)
où (g) indique une forme gazeuse. La réaction de déplacement du gaz à l'eau est une réaction chimique exothermique, réversible couramment utilisée dans l'industrie.
Cette réaction peut être catalysée afin d'être conduite dans une plage de température raisonnable, typiquement moins de 500 °C. Le type de catalyseur généralement utilisé dépend de la teneur en soufre du gaz de synthèse à traiter. Par conséquent, les catalyseurs de déplacement du gaz à l'eau sont généralement classés dans deux catégories, comme décrit par David S. Newsome dans Catal. Rev.-Sci. Eng., 21(2), p. 275-318 (1980):
les catalyseurs de déplacement à base de fer ou à base de cuivre, également appelés « catalyseurs de déplacement doux (sweet) », sont utilisés avec un gaz de synthèse exempt de soufre (après une SMR, par exemple) en raison de leur désactivation par le soufre ;
les catalyseurs de déplacement à base de cobalt et de molybdène, également appelés « catalyseurs de déplacement résistants au soufre » ou « catalyseurs de déplacement durs (sour) », qui sont utilisés avec un gaz de synthèse contenant du soufre (obtenu après une gazéification de charbon, par exemple). Ces catalyseurs sont fréquemment dopés avec un métal alcalin tel que le sodium, le potassium ou le césium.
La différence principale entre les catalyseurs de déplacement doux et les catalyseurs de déplacement résistants au soufre est que ces derniers sont actifs sous forme sulfurée et, par conséquent, doivent être pré-sulfurés avant utilisation. Les catalyseurs de déplacement résistants au soufre sont donc généralement totalement sulfurés sous leur forme la plus active. Par conséquent, ces catalyseurs ne sont pas seulement tolérants au soufre, mais leur activité peut en fait être augmentée par le soufre présent dans la matière première à traiter. Les catalyseurs de déplacement résistants au soufre ont été largement développés ces dernières années. En effet, la quantité de combustibles fossiles, principalement le gaz naturel et le pétrole, est en constante diminution et de nombreux chercheurs ont consacré leurs études au développement de procédés utilisant des sources de carbone moins nobles, telles que le charbon ou une biomasse, qui sont généralement particulièrement riches en soufre. Le gaz de synthèse obtenu à partir de ces sources de carbone contient généralement du sulfure d'hydrogène (H2S) et du sulfure de carbonyle (COS) qui peuvent activer et maintenir l'activité des catalyseurs de déplacement résistants au soufre pendant la réaction de déplacement du gaz à l'eau consécutivement conduite.
Cependant, certains gaz de synthèse ne contiennent pas une quantité suffisante de composés contenant du soufre en raison des faibles teneurs en soufre dans la matière première carbonée initiale. En effet, la teneur en soufre (endogène) des gaz de synthèse dépend principalement du type de charbon et de l'origine du charbon comme indiqué dans le tableau 1. Type de charbon Teneur en énergie, kJ/g Soufre
(teneur en carbone, % en poids) (% en poids)
Bitumineux 27 900 (moyenne consommée aux 2-4
États-Unis)
67 %
Sous-bitumineux 20 000 (moyenne consommée aux 0,5-0,5
(bassin de la Powder États-Unis)
River) 49 %
Lignite 15 000 (moyenne consommée aux 0,6-1,6
États-Unis)
40 %
Charbon chinois moyen 19 000-25 000 0,4-3,7
48-61 %
Charbon indien moyen 13 000-21 000 0,2-0,7
30-50 %
Tableau 1 : propriétés typiques pour des types de charbon caractéristiques
Le sulfure d'hydrogène (H2S) est la principale source de soufre dans un gaz de synthèse obtenu après gazéification. Pour un gaz de synthèse contenant une teneur en soufre insuffisante, l'ajout de sulfure d'hydrogène supplémentaire (sulfure d'hydrogène exogène) est généralement effectué pour activer efficacement le catalyseur de déplacement résistant au soufre. En effet, l'ajout de H2S à un mélange de CO et H20 augmente considérablement la formation de H2 et C02, comme décrit par Stenberg et al. dans Angew. Chem. Int. Ed. Engl, 21 (1982) n° 8, p. 619-620.
Cependant, le sulfure d'hydrogène présente l'inconvénient d'être un composé gazeux hautement toxique et inflammable que les fabricants s'efforcent d'éviter.
Par conséquent, il serait souhaitable de développer un nouveau procédé qui ne met pas en œuvre l'utilisation de sulfure d'hydrogène, tout en étant aussi efficace qu'un procédé qui met en œuvre l'ajout de sulfure d'hydrogène pour activer les catalyseurs de déplacement résistants au soufre et maintenir leur activité.
Il est un objectif de la présente invention de développer un procédé plus sûr pour la réaction de déplacement du gaz à l'eau à partir d'un gaz de synthèse contenant du soufre.
Un autre objectif de la présente invention est la mise en œuvre d'un procédé à l'échelle industrielle pour la réaction de déplacement du gaz à l'eau à partir d'un gaz de synthèse contenant du soufre. RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Un premier objet de l'invention est un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut, comprenant les étapes suivantes :
introduction d'un flux gazeux 1 comprenant au moins un composé de formule (I)
Figure imgf000006_0001
dans laquelle R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone, n est égal à 0, 1 ou 2, x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4, R' est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène,
dans un premier réacteur 2 comprenant un catalyseur Xi, ledit catalyseur Xi comprenant au moins un métal choisi dans les groupes VI B et VII de la table périodique,
collecte d'un flux gazeux contenant du soufre 3 à partir du premier réacteur, introduction du gaz de synthèse brut 4 dans un deuxième réacteur 6,
introduction du flux gazeux contenant du soufre 3 dans le deuxième réacteur où la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique se produit et comprenant un catalyseur de déplacement résistant au soufre X2, le flux gazeux contenant du soufre 3 étant introduit dans le deuxième réacteur directement par l'intermédiaire du flux 3.1 et/ou après mélange par l'intermédiaire du flux 3.2 avec le gaz de synthèse brut
4,
collecte d'un flux de sortie 7 à partir du deuxième réacteur, ledit flux de sortie 7 comprenant un gaz de synthèse enrichi en hydrogène.
Selon un mode de réalisation, le composé de formule (I) est choisi parmi le disulfure de diméthyle et le diméthylsulfoxyde, de préférence le disulfure de diméthyle.
Selon un mode de réalisation, la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique est conduite avec une température de gaz d'entrée d'au moins 230 °C, de préférence de 240 à 320 °C, plus préférablement de 250 à 310 °C.
Selon un mode de réalisation, le premier réacteur 2 est utilisé à une température dans la plage de 100 à 600°C, de préférence de 150 à 400 °C, plus préférablement de 200 à 350 °C. Selon un mode de réalisation, le premier réacteur 2 est utilisé à une pression dans la plage de 0 à 60 bar, de préférence de 10 à 40 bar. De préférence, le composé de formule (I) est injecté en continu dans le premier réacteur 2 à un débit de 1 Nl/h à 10 Nm3/h.
Selon un mode de réalisation, un flux d'hydrogène est introduit dans le premier réacteur 2, ledit flux d'hydrogène provenant d'une source exogène ou étant collecté à partir du flux de sortie 7 du deuxième réacteur 6.
De préférence, le catalyseur Xi comprend du molybdène, du tungstène, du nickel et du cobalt, ledit catalyseur étant de préférence immobilisé sur un support de matériau poreux tel que l'alumine, la silice ou la silice-alumine.
De préférence, le catalyseur X2 est un catalyseur à base de cobalt et de molybdène.
Selon un mode de réalisation préféré, le catalyseur X2 comprend un métal alcalin, de préférence le sodium, le potassium ou le césium.
Selon un mode de réalisation, la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique est conduite à une pression d'au moins 10 bar, de préférence dans la plage de 10 à 25 bar.
Selon un mode de réalisation, le gaz de synthèse brut 4 comprend de l'eau et du monoxyde de carbone dans un rapport molaire de l'eau au monoxyde de carbone d'au moins 1, de préférence au moins 1,2, plus préférablement au moins 1,4.
De préférence, le temps de séjour dans le deuxième réacteur 6 est dans la plage de 20 à 60 secondes.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation d'au moins un composé de formule (I) :
Figure imgf000007_0001
dans laquelle R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone, n est égal à 0, 1 ou 2, x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4, R' est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène, dans un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut.
Il a été désormais découvert de manière inattendue que l'utilisation de composé(s) de formule (I) est particulièrement efficace pour la production d'hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique sur un gaz de synthèse brut.
De plus, les composés de formule (I) sont généralement présentés sous forme liquide, ce qui facilite grandement leur manipulation et les mesures devant être prises pour la sécurité des opérateurs.
Un autre avantage est que le procédé de l'invention permet la conversion de CO en C02.
De plus, le procédé de l'invention est adapté en ce qui concerne les exigences relatives à la sécurité l'environnement.
BRÈVE DESCRIPTION DE LA FIGURE
La figure 1 représente un mode de réalisation d'une installation pour le procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
L'invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut, comprenant les étapes suivantes :
introduction d'un flux gazeux 1 comprenant au moins un composé de formule (I) :
Figure imgf000008_0001
dans laquelle R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone, n est égal à 0, 1 ou 2, x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4, R' est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène,
dans un premier réacteur 2 comprenant un catalyseur Xi, ledit catalyseur Xi comprenant au moins un métal choisi dans les groupes VI B et VII de la table périodique, collecte d'un flux gazeux contenant du soufre 3 à partir du premier réacteur 2, introduction du gaz de synthèse brut 4 dans un deuxième réacteur 6,
introduction du flux gazeux contenant du soufre 3 dans le deuxième réacteur 6 où la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique se produit et comprenant un catalyseur de déplacement résistant au soufre X2, le flux gazeux contenant du soufre 3 étant introduit dans le deuxième réacteur directement par l'intermédiaire du flux 3.1 et/ou après mélange par l'intermédiaire du flux 3.2 avec le gaz de synthèse brut 4,
collecte d'un flux de sortie 7 à partir du deuxième réacteur 6, ledit flux de sortie 7 comprenant un gaz de synthèse enrichi en hydrogène.
Dans le contexte de la présente invention, un radical « alkyle » désigne une chaîne hydrocarbonée saturée comprenant des atomes de carbone et des atomes d'hydrogène, de préférence constituée uniquement d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène.
Dans le contexte de la présente invention, un radical « alcényle » désigne une chaîne hydrocarbonée insaturée comprenant au moins une double liaison carbone-carbone et comprenant des atomes de carbone et des atomes d'hydrogène, de préférence constituée uniquement d'atomes de carbone et d'atomes d'hydrogène.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le premier réacteur 2 est un réacteur catalytique, de préférence un réacteur catalytique à lit fixe. Le flux gazeux 1 peut être chauffé avant d'entrer dans le premier réacteur 2 à une température dans la plage de 100 à 600 °C, de préférence dans la plage de 100 à 400 °C.
Le premier réacteur 2 comprend un catalyseur Xi comprenant au moins un métal choisi dans les groupes VI B et VII de la table périodique, de préférence le molybdène, le tungstène, le nickel et le cobalt. Une combinaison d'au moins deux de ces métaux de transition est de préférence utilisée, telle que cobalt et molybdène, ou nickel et molybdène, ou nickel et tungstène, plus préférablement cobalt et molybdène.
Le catalyseur Xi peut être immobilisé sur un support de matériau poreux tel que l'alumine, la silice ou la silice-alumine.
A titre d'exemple de catalyseur Xi selon l'invention adapté, il peut être mentionné un catalyseur contenant du cobalt et du molybdène sur un support d'alumine.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le premier réacteur 2 comprenant le catalyseur Xi peut être rempli avec un matériau inerte pour permettre une distribution efficace du flux gazeux dans le premier réacteur 2. Des matériaux inertes adaptés peuvent être le carbure de silicium. Avantageusement, le catalyseur Xi et le matériau inerte sont placés dans des couches successives dans le premier réacteur 2. Le flux gazeux 1 introduit dans le premier réacteur 2 comprend au moins un composé de formule (I) :
Figure imgf000010_0001
dans laquelle :
- R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone,
- n est égal à 0, 1 ou 2,
- x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4,
- R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène.
Selon un mode de réalisation, le composé de formule (I) qui peut être utilisé dans le procédé de la présente invention est un sulfure organique, facultativement sous sa forme d'oxyde (lorsque n est différent de zéro), obtenu selon un procédé quelconque connu en tant que tel, ou sinon, disponible dans le commerce, contenant facultativement une quantité réduite ou nulle d'impuretés qui peuvent être responsables d'odeurs indésirables, ou contenant facultativement un ou plusieurs agents de masquage d'odeur (voir, par exemple, WO2011012815A1).
Parmi les radicaux R et R préférés, il peut être mentionné les radicaux méthyle, propyle, allyle et 1-propényle.
Selon un mode de réalisation de l'invention, dans la formule (I) ci-dessus, x représente 1 , 2, 3 ou 4, de préférence x représente 1 ou 2, plus préférablement x représente 1. Selon un mode de réalisation préféré, le composé de formule (I) pour utilisation dans le procédé de la présente invention est un composé de formule (la) :
R-S-Sx-R (la)
qui correspond à la formule (I) dans laquelle n est égal à 0, et R, R' et x sont tels que définis ci- dessus.
De préférence, le composé de formule (la) est le disulfure de diméthyle (« DMDS »).
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le composé de formule (I) pour utilisation dans le procédé de la présente invention est un composé de formule (Ib) :
R— S— S v— R'
O (Ib) qui correspond à la formule (I) dans laquelle n est égal à 1 , et R, R' et x sont tels que définis ci- dessus.
De préférence, le composé de formule (Ib) est le diméthylsulfoxyde (« DMSO »).
Il doit être entendu que des mélanges de deux composés de formule (I) ou plus peuvent être utilisés dans le procédé de la présente invention. En particulier, des mélanges de di- et/ou polysulfures peuvent être utilisés, par exemple des mélanges de disulfures, tels que des huiles de disulfure (« DSO »).
Dans un mode de réalisation de l'invention, le flux gazeux 1 est injecté en continu dans le premier réacteur 2. La concentration de composé(s) de formule (I), de préférence le disulfure de diméthyle, dans le flux gazeux 1 peut être dans la plage de 100 à 500 000 ppmv, de préférence de 100 à 200 000 ppmv, plus préférablement de 100 à 100 000 ppmv. Le débit de composé(s) de formule (I), de préférence le disulfure de diméthyle, peut être dans la plage de 1 Nl/h à 10 Nm3/h.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le flux gazeux 1 comprend en outre de l'hydrogène. L'hydrogène peut provenir d'une source exogène ou peut être collecté à partir du flux de sortie 7 du deuxième réacteur 6. Une « source exogène » désigne une source extérieure au procédé. La concentration d'hydrogène dans le flux gazeux 1 peut être dans la plage de 100 à 106 ppmv, de préférence de 10 000 à 999 900 ppmv, plus préférablement de 200 000 à 999 900 ppmv. Le débit d'hydrogène dans le flux gazeux 1 peut être dans la plage de 0,1 Nm3/h à 10 000 Nm3/h.
Selon un mode de réalisation, l'hydrogène est récupéré, par exemple par purification, à partir du flux de sortie 7 avant d'être introduit dans le flux gazeux 1.
Le premier réacteur 2 peut être utilisé à une température dans la plage de 100 à 600 °C, de préférence de 150 à 400 °C, plus préférablement de 200 à 350 °C. Le premier réacteur 2 peut être utilisé à une pression dans la plage de 0 à 60 bar (6 MPa), de préférence de 10 à 40 bar (4 MPa).
Un flux gazeux contenant du soufre 3 est collecté à la sortie du premier réacteur 2 et introduit dans le deuxième réacteur 6 où la réaction de déplacement du gaz à l'eau se produit. Le flux de gaz contenant du soufre 3 est introduit dans le deuxième réacteur 6 directement et/ou dans un mélange avec le gaz de synthèse brut 4. Une vanne 5 peut être présente dans la ligne contenant le flux gazeux contenant du soufre 3 afin de diriger le flux dans les lignes 3.1 ou 3.2 (voir, par exemple, figure 1). En référence à la figure 1, si la vanne 5 est programmée pour diriger le flux dans la ligne 3.1 , le flux gazeux contenant du soufre 3 est introduit directement dans le deuxième réacteur 6 (indépendamment de l'introduction du gaz de synthèse brut 4). Si la vanne 5 est programmée pour diriger le flux dans la ligne 3.2, le flux gazeux contenant du soufre 3 est mélangé avec le gaz de synthèse brut 4 avant d'entrer dans le deuxième réacteur 6 ; dans ce mode de réalisation, un mélange de flux gazeux contenant du soufre 3 et de gaz de synthèse brut 4 est introduit dans le deuxième réacteur 6. Il est également possible de décrire un procédé dans lequel la vanne 5 dirige le flux 3 simultanément dans les lignes 3.1 et 3.2.
Le gaz de synthèse brut 4 est typiquement obtenu après une étape de gazéification d'une matière première telle que le coke, le charbon, une biomasse, le naphte, le gaz de pétrole liquéfié, le mazout lourd. La production de gaz de synthèse est connue dans l'état de l'art. Le gaz de synthèse brut 4 peut également être obtenu à partir d'un vaporeformeur de méthane.
Selon la présente invention, le gaz de synthèse brut 4 comprend du monoxyde de carbone, et facultativement d'autres gaz, tels que l'hydrogène, le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau, des hydrocarbures (par exemple, le méthane), des gaz rares (par exemple, l'argon), des dérivés d'azote (par exemple, l'ammoniac, l'acide hydrocyanique), etc.
Selon un mode de réalisation de l'invention, le gaz de synthèse brut 4 comprend du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, et facultativement d'autres gaz, tels que le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau, des hydrocarbures (par exemple, le méthane), des gaz rares (par exemple, l'argon), des dérivés d'azote (par exemple, l'ammoniac, l'acide hydrocyanique), etc.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le gaz de synthèse brut comprend du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'azote et de l'eau.
Le gaz de synthèse brut 4 peut comprendre en outre des composants contenant du soufre. Dans ce cas, le gaz de synthèse brut 4 peut comprendre du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'azote et de l'eau en tant que composants principaux et des composants contenant du soufre à des concentrations plus faibles. Les composants contenant du soufre peuvent être le sulfure d'hydrogène, le sulfure de carbonyle. La teneur en soufre (endogène) typique dans le gaz de synthèse brut 4 est dans la plage d'environ 20 à environ 50 000 ppmv. La teneur en soufre (endogène) typique dans le gaz de synthèse brut 4 peut dépendre de la matière première initialement utilisée pour la production du gaz de synthèse brut 4.
La réaction de déplacement du gaz à l'eau est conduite dans le deuxième réacteur 6 comprenant un catalyseur X2.
La réaction de déplacement du gaz à l'eau consiste en la conversion de monoxyde de carbone et d'eau contenus dans le gaz de synthèse brut 4 en dioxyde de carbone et en hydrogène selon l'équation (1) :
H20(g) + CO(g) ¾ C02(g) + H2(g) (1) où (g) indique une forme gazeuse. Cette réaction de déplacement du gaz à l'eau permet d'obtenir un gaz de synthèse enrichi en hydrogène.
Un « gaz de synthèse enrichi en hydrogène » selon la présente invention signifie que le gaz de synthèse à la sortie du procédé de l'invention comprend plus d'hydrogène que le gaz de synthèse à l'entrée du procédé de l'invention. En d'autres termes, la proportion d'hydrogène dans le gaz à la sortie du procédé (courant 7) est supérieure à la proportion d'hydrogène dans le gaz à la sortie du procédé (courant 4).
Selon un mode de réalisation de l'invention, de l'eau peut être ajoutée au gaz de synthèse brut 4. L'introduction d'eau (exogène) additionnelle permet de déplacer l'équilibre vers la formation de dioxyde de carbone et d'hydrogène. De l'eau (exogène) additionnelle peut être introduite directement dans le deuxième réacteur 6 ou dans un mélange avec le gaz de synthèse brut 4.
L'efficacité de la réaction de déplacement du gaz à l'eau et donc, de l'enrichissement en hydrogène du gaz de synthèse peut être mesurée directement par analyse de pureté d'hydrogène, par exemple avec un système de chromatographie gazeuse. Elle peut également être mesurée indirectement par détermination de la conversion de CO en C02, qui indique que la réaction de déplacement du gaz à l'eau s'est produite. La conversion de CO en CO2 est connue par mesure de la conversion de CO et du rendement en CO2.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le rapport molaire de l'eau au monoxyde de carbone dans le gaz entrant dans la réaction de déplacement du gaz à l'eau est d'au moins 1, de préférence au moins 1,2, plus préférablement au moins 1,4, avantageusement au moins 1,5. Le rapport molaire de l'eau au monoxyde de carbone peut être dans la plage de 1 à 3, de préférence de 1,2 à 2,5, plus préférablement de 1,5 à 2.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le premier réacteur 6 est un réacteur catalytique, de préférence un réacteur catalytique à lit fixe. Le catalyseur X2 adapté pour utilisation dans la réaction de déplacement du gaz à l'eau est un catalyseur de déplacement résistant au soufre. Un « catalyseur de déplacement résistant au soufre » désigne un composé capable de catalyser la réaction de déplacement du gaz à l'eau en présence de composants contenant du soufre. Des catalyseurs adaptés pour utilisation dans la réaction de déplacement du gaz à l'eau peut comprendre au moins un métal de transition autre que le fer et le cuivre, de préférence choisi dans le groupe constitué du molybdène, du cobalt et du nickel. Une combinaison d'au moins deux de ces métaux de transition est de préférence utilisée, telle que cobalt et molybdène, ou nickel et molybdène, plus préférablement cobalt et molybdène. Les catalyseurs selon l'invention peuvent être immobilisés ou non sur un support, de préférence immobilisés sur un support. Des supports de catalyseur adaptés peuvent être l'alumine.
Dans un mode de réalisation préféré, le catalyseur X2 comprend en outre un métal alcalin choisi dans le groupe constitué du sodium, du potassium et du césium, de préférence le potassium et le césium, ou des sels de ceux-ci. Un exemple d'un catalyseur particulièrement actif est la combinaison de carbonate de césium, d'acétate de césium, de carbonate de potassium ou d'acétate de potassium, conjointement avec du cobalt et du molybdène. A titre d'exemple de catalyseurs X2 selon l'invention adaptés, il peut être mentionné des catalyseurs de déplacement résistants au soufre tels que ceux décrits par Park et al. dans « A Study on the Sulfur-Resistant Catalysts for Water Gas Shift Reaction - IV. Modification of CoMo/y-A1203 Catalyst with Iran Group Metals », Bull. Korean Chem. Soc. (2000), vol. 21 , n° 12, 1239-1244.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le gaz entrant dans la réaction de déplacement du gaz à l'eau est préchauffé à une température d'au moins 230 °C. Dans un mode de réalisation préféré, cette température est dans la plage de 240 à 320 °C, de préférence de 250 à 310 °C. Dans un mode de réalisation de l'invention, la température du gaz d'entrée dans le deuxième réacteur 6 est au moins 230 °C et de préférence au plus 400 °C. De préférence, cette température est dans la plage de 240 °C à 320 °C, de préférence de 250 °C à 310 °C.
Dans un mode de réalisation de l'invention, la pression pour la réaction de déplacement du gaz à l'eau est d'au moins 10 bar (1 MPa), de préférence dans la plage de 10 à 30 bar (1 MPa à 3 MPa), plus préférablement de 15 à 25 bar (1 ,5 MPa à 2,5 MPa).
Dans un mode de réalisation de l'invention, le temps de séjour dans le deuxième réacteur 6 est dans la plage de 20 à 60 secondes, de préférence de 30 à 50 secondes, de manière à permettre la détermination de la quantité de catalyseur X2 dans le réacteur 6. Le temps de séjour est défini par la formule suivante :
, v " cat 1 p re .ac
temps de séjour =—— x—
'-'gaz ' atm dans laquelle Vcat représente le volume de catalyseur X2 dans le réacteur 6 exprimé en m3, Dgaz représente le débit de gaz d'entrée du flux 3 et du flux 4 exprimé en Nm3/s, Préac et Patm représentent respectivement la pression dans le réacteur et la pression atmosphérique exprimées en Pa. Dans un mode de réalisation de l'invention, le taux de conversion de CO de la réaction de déplacement du gaz à l'eau est d'au moins 50 %, de préférence au moins 60 %, plus préférablement au moins 65 %. Le taux de conversion de CO est calculé comme suit :
où Q.COentrée représente le débit molaire de CO à l'entrée du réacteur 6 exprimé en mol/h et Q.COsortie représente le débit molaire de CO à la sortie du réacteur 6 exprimé en mol/h.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le rendement en C02 de la réaction de déplacement du gaz à l'eau est d'au moins 50 %, de préférence au moins 60 %, plus préférablement au moins 65 %. Le rendement en CO2 est calculé comme suit :
ÎQ- C02,sortie)
rendement en C02 (%) = —
Figure imgf000015_0001
L.0 entrée)
où Q.COentrée représente le débit molaire de CO à l'entrée du réacteur 6 exprimé en mol/h et Q.CO2, sortie représente le débit molaire de CO2 à la sortie du réacteur 6 exprimé en mol/h.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le deuxième réacteur 6 comprenant le catalyseur X2 peut être rempli avec un matériau inerte pour permettre une distribution efficace du gaz dans le deuxième réacteur avant le démarrage du réacteur pour l'étape de réaction de déplacement du gaz à l'eau. Des matériaux inertes adaptés peuvent être le carbure de silicium ou l'alumine. Avantageusement, le catalyseur X2 et le matériau inerte sont placés dans des couches successives dans le réacteur.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le temps de séjour dans le premier réacteur 2 est dans la plage de 50 à 1000 secondes, de préférence de 100 à 500 secondes, de manière à permettre la détermination de la quantité de catalyseur Xi dans le réacteur 2.
Le temps de séjour est défini par la formule suivante :
, v " cat 1 p re .ac
temps de séjour =—— x—
'-'gaz ' atm. dans laquelle Vcat représente le volume de catalyseur Xi dans le premier réacteur 2 exprimé en m3, Dgaz représente le débit de gaz d'entrée du flux 1 exprimé en Nm3/s, Préac et Patm représentent respectivement la pression dans le réacteur 2 et la pression atmosphérique exprimées en Pa. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une phase de démarrage du premier réacteur 2 est conduite avant la mise en œuvre du procédé de l'invention. Premièrement, un flux gazeux comprenant au moins un composé de formule (I) et de l'hydrogène est injecté dans le premier réacteur 2. Le débit du ou des composé(s) de formule (I) dans le flux gazeux 1 peut être dans la plage de 1 Nl/h à 10 Nm3/h. Le débit d'hydrogène peut être dans la plage de 0,1 à 10 000 Nm3/h. Pendant cette phase de démarrage, la température est augmentée de la température ambiante à 400 °C, de préférence de 20 °C à 350 °C. La durée de la phase de démarrage peut être dans la plage de 1 à 64 heures, de préférence de 30 à 40 heures.
Pendant toute cette phase de démarrage, le flux gazeux contenant du soufre 3 à la sortie du premier réacteur 2 peut être dirigé vers une torche et/ou vers le deuxième réacteur 6 au moyen de tuyaux et de tubulures qui peuvent envoyer le flux gazeux contenant du soufre 3 vers la torche et/ou vers le deuxième réacteur 6.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une étape de préparation du catalyseur X2 dans le deuxième réacteur 6 est conduite avant la mise en œuvre du procédé de l'invention. L'étape de préparation du catalyseur X2 peut comprendre une étape de séchage et/ou une étape de pré-activation, de préférence une étape de séchage et une étape de pré-activation.
Pendant l'étape de séchage, le catalyseur X2 peut être séché sous un flux de gaz inerte, de préférence un flux de gaz d'azote. Le débit de gaz inerte peut être dans la plage de 0,1 à 10 000 Nm3/h. Pendant l'étape de séchage, la température peut augmenter de 20 °C à 200 °C. Le temps de séchage peut être dans la plage de 1 à 10 heures, de préférence 6 heures. L'étape de séchage est de préférence conduite de la pression ambiante à la pression opératoire préférée entre 15 à 25 bar.
Pendant l'étape de pré-activation, le catalyseur X2 peut être sulfuré. Le réacteur 6 peut être traité sous un courant d'hydrogène à un débit de 0,1 à 10 000 Nm3/h et à une pression d'au moins, 10 bar, la pression opératoire préférée comprise entre 15 et 25 bar. Ensuite, du sulfure d'hydrogène ou le flux gazeux contenant du soufre 3 à la sortie du premier réacteur 2 peut être injecté en flux ascendant à un débit de 1 Nl/h à 10 Nm3/h dans le courant d'hydrogène. La température du réacteur 6 peut ensuite être augmentée de 150 °C à 350 °C par des moyens quelconques connus de l'homme du métier. La durée de l'étape de pré-activation peut être dans la plage de 1 à 64 heures. Le courant d'hydrogène est de préférence maintenu pendant toute la durée de l'étape de pré-activation.
Un autre objet de l'invention concerne l'utilisation d'au moins un composé de formule (I), de préférence le disulfure de diméthyle, dans un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut.
EXEMPLES
Exemple 1 (comparatif)
Une réaction de déplacement du gaz à l'eau est conduite dans un réacteur catalytique 6' d'une installation pilote selon la procédure suivante.
1) Préparation du réacteur catalytique 6'
Un réacteur catalytique 6' de 150 cm3 est rempli à pression ambiante et à température ambiante avec trois couches de matières solides séparées par des grilles métalliques, comme suit :
- une première couche de 60 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm : ce matériau inerte permet une distribution de gaz satisfaisante,
- une deuxième couche de 40 cm3 d'un catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo,
- une troisième couche de 50 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm.
Le réacteur catalytique 6' est ensuite placé dans un four qui peut supporter une large plage de température de 100 à 350 °C. Le réacteur catalytique 6' est raccordé à la tubulure d'entrée à une alimentation de gaz et à la tubulure de sortie à un analyseur.
Pour l'exemple, le catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo est dans un premier temps séché par un débit d'azote de 20 Nl/h à pression ambiante. La température de séchage est définie à 150 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Le temps de séchage est défini à 1 heure.
Une deuxième étape consiste à sulfurer le catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo pour le rendre pré-actif. Pendant cette étape, le réacteur est traité sous un débit d'hydrogène de 20 Nl/h à une pression de 35 bar. Ensuite, du sulfure d'hydrogène est injecté en flux ascendant à un débit de 0,5 Nl/h dans l'alimentation d'hydrogène. Le catalyseur est ensuite soumis à une montée de température de +20 °C/h. Le premier plateau est défini à 150 °C pendant 2 heures, puis la température est augmentée jusqu'à 230 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un deuxième plateau de 4 heures est maintenu à 230 °C et ensuite, la température est à nouveau augmentée à 350 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un plateau final de 16 heures est effectué à 350 °C. La température est ensuite réduite à 230 °C toujours sous un courant d'hydrogène avec un débit de 20 Nl/h : le catalyseur est ainsi pré-activé.
2) Étape de réaction de déplacement du gaz à l'eau
L'étude de la conversion de monoxyde de carbone en dioxyde de carbone dans le catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo pré-activé est ensuite conduite à 20 bar (2 MPa). Le réacteur catalytique 6' est traité en flux ascendant avec un mélange de gaz de synthèse comprenant de l'hydrogène à un débit de 8,5 Nl/h, du monoxyde de carbone à 17 Nl/h, de l'eau à 0,33 cm3/min et de l'azote à 26 Nl/h à une pression de 20 bar (2 MPa). Le rapport molaire H2O/CO est de 1,44 et le temps de séjour est de 38 secondes. Du sulfure d'hydrogène est injecté en flux ascendant dans le mélange de gaz à un débit de 0,5 Nl/h. La température d'entrée du gaz entrant dans le réacteur catalytique 6' est maintenue à 310 °C. Les concentrations de CO et CO2 du flux de gaz sont mesurées par un analyseur de spectrométrie infrarouge raccordé à la sortie du réacteur catalytique A afin de déterminer la conversion de CO et le rendement en CO2.
Un taux de conversion de CO de 92 % et un rendement en CO2 de 95 % sont obtenus, un tel taux reflétant les bonnes performances de la réaction de déplacement du gaz à l'eau.
Exemple 2 (selon l'invention)
Une réaction de déplacement du gaz à l'eau est conduite dans un réacteur catalytique 6 raccordé en amont à un réacteur catalytique 2 selon la procédure suivante.
1) Préparation des réacteurs catalytiques • Réacteur catalytique 6 En référence à la figure 1, un réacteur catalytique 6 de 150 cm3 est rempli à pression ambiante et à température ambiante avec trois couches de matières solides séparées par des grilles métalliques, comme suit :
- une première couche de 60 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm : ce matériau inerte permet une distribution de gaz satisfaisante,
- une deuxième couche de 40 cm3 d'un catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo,
- une troisième couche de 50 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm. Le réacteur catalytique 6 est ensuite placé dans un four qui peut supporter une large plage de température de 100 à 350 °C. Le réacteur catalytique 6 est raccordé à la tubulure d'entrée à une alimentation de gaz et à la tubulure de sortie à un analyseur.
Pour l'exemple, le catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo est dans un premier temps séché par un débit d'azote de 20 Nl/h à pression ambiante. La température de séchage est définie à 150 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Le temps de séchage est défini à 1 heure.
Une deuxième étape consiste à sulfurer le catalyseur de déplacement résistant au soufre à base de CoMo pour le pré-activer. Pendant cette étape, le réacteur est traité sous un débit d'hydrogène de 20 Nl/h à une pression de 35 bar. Ensuite, du sulfure d'hydrogène est injecté en flux ascendant à un débit de 0,5 Nl/h dans l'alimentation d'hydrogène. Le catalyseur est ensuite soumis à une montée de température de 20 °C/h. Le premier plateau est défini à 150 °C pendant 2 heures, puis la température est augmentée jusqu'à 230 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un deuxième plateau de 4 heures est maintenu à 230 °C et ensuite, la température est à nouveau augmentée à 350 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un plateau final de 16 heures est effectué à 350 °C. La température est ensuite réduite à 230 °C toujours sous un courant d'hydrogène avec un débit de 20 Nl/h : le catalyseur est ainsi pré-activé.
• Réacteur catalytique 2
Un réacteur catalytique 2 de volume égal à 150 cm3 est rempli à pression ambiante et à température ambiante avec trois couches de matières solides séparées par des grilles métalliques, comme suit :
- une première couche de 60 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm : ce matériau inerte permet une distribution de gaz satisfaisante,
- une deuxième couche de 40 cm3 d'un catalyseur à base de CoMo sur support de AI2O3 contenant 15 % en poids de Mo et 3 % en poids de Co,
- une troisième couche de 50 cm3 de carbure de silicium de type Carborundum ayant une taille de particule de 1,680 mm. La phase de démarrage du réacteur catalytique 2 consiste à placer ce réacteur rempli comme précédemment décrit dans un four et ensuite, traiter celui-ci sous un débit d'hydrogène de 20 Nl/h à une pression de 25 bar (2,5 MPa). Du disulfure de diméthyle (DMDS) est injecté dans le courant ascendant à l'état liquide à 1 cm3/h dans le courant d'hydrogène 1. Le catalyseur à base de CoMo sur support de AI2O3 est soumis à une montée de température de +20 °C/h. Le premier plateau est défini à 150 °C pendant 2 heures, puis la température est augmentée jusqu'à 230 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un deuxième plateau de 4 heures est maintenu à 230 °C et ensuite, la température est à nouveau augmentée à 350 °C avec une montée de température de +25 °C/h. Un plateau final de 16 heures est conduit à 350 °C.
La température est ensuite abaissée à 310 °C en maintenant encore un débit de 1 cm3/h de DMDS et la pression à 25 bar (2,5 MPa). Le débit d'hydrogène est diminué à 8,5 Nl/h. La phase de démarrage du réacteur 2 est alors terminée.
Pendant toute cette phase de démarrage, le mélange gazeux contenant du soufre 3 provenant du réacteur catalytique 2 est dirigé vers une torche et/ou vers le deuxième réacteur 6 au moyen de tuyaux et de tubulures qui peuvent envoyer le mélange gazeux vers la torche et/ou vers le réacteur 6.
2) Étape de réaction de déplacement du gaz à l'eau
L'étude de la conversion de monoxyde de carbone en dioxyde de carbone dans le catalyseur de déplacement résistant au soufre pré-activé est ensuite conduite à 20 bar (2 MPa). Le réacteur catalytique 6 est traité en flux ascendant avec un mélange gazeux 4 comprenant du monoxyde de carbone à 17 Nl/h, de l'eau à 0,33 cm3/min et de l'azote à 26 Nl/h à une pression de 20 bar. Sauf pendant la phase de démarrage du réacteur catalytique 2, le mélange gazeux contenant du soufre 3 sortant du réacteur 2 est ensuite injecté dans le mélange gazeux 4, le mélange gazeux résultant 5 étant introduit dans le réacteur catalytique 6. La température d'entrée du gaz entrant dans le réacteur catalytique 6' est maintenue à 310 °C. Le rapport molaire H2O/CO est de 1 ,4 et le temps de séjour est de 38 secondes.
Les concentrations de CO et CO2 du flux gazeux sont mesurées par un analyseur de spectrométrie infrarouge raccordé à la ligne de sortie 7 du réacteur catalytique 6 afin de déterminer la conversion de CO et le rendement en CO2. Un taux de conversion de CO de 92 % et un rendement en CO2 de 95 % sont obtenus, reflétant les bonnes performances de la réaction de déplacement du gaz à l'eau, équivalentes à celles obtenus avec H2S en tant qu'agent d'activation dans l'exemple 1. Par conséquent, DMDS est aussi efficace que H2S dans un procédé pour la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique.
Le procédé utilisant au moins un composé selon la formule (I) tel que défini dans la présente invention à la place du sulfure d'hydrogène gazeux est, par conséquent, aussi efficace, plus sûr et plus facile à mettre en œuvre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut, comprenant les étapes suivantes :
introduction d'un flux gazeux (1) comprenant au moins un composé de formule (I)
Figure imgf000021_0001
dans laquelle R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone, n est égal à 0, 1 ou 2, x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4, R' est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène,
dans un premier réacteur (2) comprenant un catalyseur Xi, ledit catalyseur Xi comprenant au moins un métal choisi dans les groupes VIB et VII de la table périodique,
collecte d'un flux gazeux contenant du soufre (3) à partir du premier réacteur, introduction du gaz de synthèse brut (4) dans un deuxième réacteur (6),
introduction du flux gazeux contenant du soufre (3) dans le deuxième réacteur où la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique se produit et comprenant un catalyseur de déplacement résistant au soufre X2, le flux gazeux contenant du soufre (3) étant introduit dans le deuxième réacteur directement par l'intermédiaire du flux (3.1) et/ou après mélange par l'intermédiaire du flux (3.2) avec le gaz de synthèse brut (4),
collecte d'un flux de sortie (7) à partir du deuxième réacteur, ledit flux de sortie (7) comprenant un gaz de synthèse enrichi en hydrogène.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le composé de formule (I) est choisi parmi le disulfure de diméthyle et le diméthylsulfoxyde, de préférence le disulfure de diméthyle.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique est conduite avec une température de gaz d'entrée d'au moins 230 °C, de préférence de 240 à 320 °C, plus préférablement de 250 à 310 °C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le premier réacteur (2) est utilisé à une température dans la plage de 100 à 600 °C, de préférence de 150 à 400 °C, plus préférablement de 200 à 350 °C.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier réacteur (2) est utilisé à une pression dans la plage de 0 à 60 bar, de préférence de 10 à 40 bar.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le composé de formule (I) est injecté en continu dans le premier réacteur (2) à un débit de 1 Nl/h à 10 Nm3/h.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un flux d'hydrogène est introduit dans le premier réacteur (2), ledit flux d'hydrogène provenant d'une source exogène ou étant collecté à partir du flux de sortie (7) du deuxième réacteur (6).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le catalyseur Xi comprend du molybdène, du tungstène, du nickel et du cobalt, ledit catalyseur étant de préférence immobilisé sur un support de matériau poreux tel que l'alumine, la silice ou la silice-alumine.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le catalyseur X2 est un catalyseur à base de cobalt et de molybdène.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le catalyseur X2 comprend un métal alcalin, de préférence le sodium, le potassium ou le césium.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique est conduite à une pression d'au moins 10 bar, de préférence dans la plage de 10 à 25 bar.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , dans lequel le gaz de synthèse brut (4) comprend de l'eau et du monoxyde de carbone dans un rapport molaire de l'eau au monoxyde de carbone d'au moins 1, de préférence au moins 1,2, plus préférablement au moins 1,4.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le temps de séjour dans le deuxième réacteur (6) est dans la plage de 20 à 60 secondes.
14. Utilisation d'au moins un composé de formule (I) :
Figure imgf000023_0001
dans laquelle R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, et un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone, n est égal à 0, 1 ou 2, x est un entier choisi parmi 0, 1, 2, 3 ou 4, R est choisi parmi un radical alkyle linéaire ou ramifié contenant de 1 à 4 atomes de carbone, un radical alcényle linéaire ou ramifié contenant de 2 à 4 atomes de carbone et, uniquement lorsque n=x=0, un atome d'hydrogène,
dans un procédé de production de gaz de synthèse enrichi en hydrogène par une réaction de déplacement du gaz à l'eau catalytique conduite sur un gaz de synthèse brut.
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